数电课程设计报告---运算器

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1、 运算器运算器 摘摘 要要 本设计是一个运算器，包括顶层电路图、运算器模块、按键模块、控 制信号模块、修正模块、显示模块几大部分。该运算器用 Quartus II 仿真 软件设计并测试功能正常，下载到试验箱验证成功。 关键词关键词：顶层电路，运算器模块，按键模块，控制信号模块，修正模 块，显示模块。 2 目目 录录 前 言 3 第 1 章 系统原理 7 1.1 系统功能 7 1.2 顶层电路 7 1.3 系统设计原理 8 第 2 章 系统组成 9 2.1 按键模块 . 9 2.2 控制信号模块.12 2.3 修正模块 15 2.4 显示模块 19 2.5 运算器模块.23 第三章 下载验证 .

2、25 3.1 引脚锁定设置 .25 3.2 配置文件下载 26 3.3 硬件测试 .26 结论 .27 谢辞 .28 参考文献 .29 3 前前 言言 世界上第一片 FPGA 由美国 Xilinx 公司于 1985 年率先推出。进入 21 世纪之后，以 FPGA 为核心的单片系统（SOC）和可编程系统（SOPC）有 了显著的发展，单片 FPGA 的集成规模已达到几百万门，其工作速度已超 过 300MHz。FPGA 在结构上已经实现了复杂系统所需要的主要功能，并 将多种功能集成在一片 FPGA 器件中，如嵌入式存储器、嵌入式乘法器、 嵌入式处理器、高速 I/O 缓冲器、外置存储器接口和实现数字信

3、号处理的 DSP 等功能。 随着 FPGA 性能的不断完善，FPGA 器件的种类日益丰富，受到世界 范围内电子设计人员的普遍欢迎，并占据了较大的市场，其生产厂家也由 原来的 Xilinx 公司一家增加到 Altera、Actel、lattice 等十几家公司。 Altera 公司的主要产品有：属于 FPGA 的 FLEX、ACEX、APEX、 Mercury、 Excalibur、 Stratix和 Cyclone 等系列； 属于 CPLD 的 MAX 和 Classic 系列。开发工具有，被普遍认为是最优秀 PLD 开发平台之一的 MAX+Plus II 和支持 APEX、 Mercury、

4、 Excalibur、 Stratix 和 Cyclone 系列器件的 Quartus II 开发软件。 Quartus II 是 Altera 公司的综合性 PLD/FPGA 开发软件，支持 原理图、VHDL、VerilogHDL 以及 AHDL（Altera Hardware Description Language）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可 4 以完成从设计输入到硬件配置的完整 PLD 设计流程。 我的运算器和电子表主要是用 VHDL 语言编写， 以 Quartus II 为依托， 并下载到 FPGA 验证板验证功能成功，能够初步完成简单的四种运算和电 子表的调

5、节。 随着大规模集成电路技术和计算机技术的高速发展，在涉及通信、国 防、工业自动化、计算机设计与应用、仪器仪表等领域的电子系统设计工 作中，FPGA 技术的含量正以惊人的速度提升。电子类的新技术项目的开 发也更多地依赖于 FPGA 技术的应用，特别是随着 HDL 等硬件描述语言 综合功能和性能的提高，计算机中许多重要的元件（包括 CPU）都用硬件 描述语言来设计和表达， 许多微机 CPU、 硬核嵌入式系统 （如 ARM、 MIPS） 、 软核嵌入式系统（如 NiosII） 、大型 CPU，乃至整个计算机系统都用 FPGA 来实现，即所谓的单片系统 SOC 或 SOPC(System On a

6、Chip、System On a Programmerable Chip)。计算机和 CPU 的设计技术及其实现途径进入了一 个全新的时代！不但如此，传统的 CPU 结构模式，如冯诺依曼结构和哈佛 结构正在接受巨大的挑战。 例如美国 Wincom Systems 公司推出一款令人惊叹的服务器，其核心 部分是由 FPGA 完成的超强功能 CPU。该系统工作能力超过 50 台 DELL 或 IBM 计算机，或 SUN Microsystems 公司的服务器。该服务器的处理速 度要比传统服务器快 50 到 300 倍。我们知道，传统的 PC 机及服务器通常 采用诸如 Intel公司的奔腾处理器或 SUN 公司的 SPARC 芯片作为中央处理 5 单元，而 Wincom Systems 的这款产品却没有采用微处理器，而是由 FPGA 芯片驱动。FPGA 芯片的运行速度虽比奔腾处理器慢，但可并行处理多项 任务，而微处理器一次仅能处理一项任务。因此，Wincom Systems 的服务 器只需配置几个价格仅为 2000 多美元的 FPGA 芯片，便可击败 SUN 公司 的服务器或采用 Intel